서론: 한 가닥 실 속에 숨겨진 과학
옷감을 자세히 들여다본 적이 있으신가요? 겉보기엔 단순해 보이는 한 가닥의 실이지만, 그 안에는 놀라운 과학적 원리가 숨어 있습니다. 실의 굵기, 꼬임의 방향, 단위 길이당 무게까지, 이 모든 요소들이 섬유 제품의 품질을 좌우합니다. 같은 면섬유로 만든 셔츠라도 어떤 것은 부드럽고 고급스러우며, 어떤 것은 거칠고 저렴해 보이는 이유가 바로 여기에 있습니다.
실을 제조하는 방법에 의해서 구분할 때 이미 설명한 바 있지만, 제조방법에 의한 실의 구분은 방적사와 필라멘트사로 나누어집니다. 이 경우 방적사는 물론이지만 필라멘트사에도 보통은 꼬임이 주어지는 것이 일반적입니다. 그러므로 실의 번수를 알기 위해서는 실을 구성하는 섬유나 필라멘트의 꼬임 구조를 알 필요가 있습니다.
특히 실의 번수는 섬유 산업에서 가장 중요한 개념 중 하나입니다. 실의 번수를 이해하면 왜 어떤 옷감은 가볍고 시원하며, 어떤 옷감은 두껍고 따뜻한지 명확히 알 수 있습니다. 이번 글에서는 실의 구조부터 시작하여 꼬임 방향, 번수의 개념과 계산 방법, 그리고 다양한 번수 표시법까지 전문적이면서도 이해하기 쉽게 설명드리겠습니다.
실의 구조 이해하기: Z꼬임과 S꼬임의 차이
실의 구조를 이해하는 첫 번째 단계는 꼬임의 개념을 파악하는 것입니다. 그림에서 보여주는 것처럼, 좌측의 것은 꼬임방향이 좌연이고 우측의 것은 우연입니다. 영어에서는 좌연을 right handed twist라고 하고, 우연을 left handed twist라고 합니다. 또한 좌연을 Z연이라고도 하며, 우연을 S연이라고 하기도 합니다.
Z연, 즉 좌연은 그림의 경우 실의 하단을 누르고 상단을 좌회전시킬 때에 나타나는 꼬임방법으로서, 이것을 right handed screw와 같은 방향이기 때문에 영어에서는 좌연을 right handed twist라고 합니다. 실의 꼬임방향과 꼬임수는 실의 용도에 따라서 결정되어야 합니다.
꼬임의 종류와 특성
- Z꼬임(좌연, Right-handed twist): 실을 수직으로 세웠을 때 꼬임이 알파벳 ‘Z’의 중간 선과 같은 방향으로 진행됩니다. 대부분의 단사(單絲)에 사용되며, 오른손으로 시계방향으로 돌릴 때 만들어지는 꼬임입니다. 이는 Right handed screw와 같은 방향이기 때문에 영어권에서는 이렇게 부릅니다.
- S꼬임(우연, Left-handed twist): 실을 수직으로 세웠을 때 꼬임이 알파벳 ‘S’의 중간 선과 같은 방향으로 진행됩니다. 주로 합연사(撚絲) 제조에 사용되며, 왼손으로 반시계방향으로 돌릴 때 만들어지는 꼬임입니다.
- 무꼬임(Zero twist): 필라멘트사의 경우 특별한 용도를 위해 꼬임을 주지 않는 경우도 있습니다. 주로 광택을 살리거나 부드러운 촉감이 필요할 때 사용됩니다.
일반적으로 편성용 원사는 꼬임수(단위길이당의) 가 적어야 하고, 직물용 원사는 많아야 합니다. 그 이유는 실의 꼬임이 많으면 비틀림(torque) 때문에 실이 메리야스 기계에서 바늘에 걸릴 때 꼬이게 되어 결과적으로는 바늘을 부러뜨리는 결과를 낳게 되기 때문입니다. 반대로 직물용 원사가 꼬임이 많아야 하는 이유는 실의 강력은 어느 한도까지는 꼬임수에 비례하기 때문입니다.
실이 기계 위에서 직물로 짜여질 때는 기계적인 조건 때문에 많은 장력을 받으므로, 직물용 원사는 인장치 이상의 강력이 있어야 합니다. 이상에서는 실의 구조를 실을 구성하는 섬유가 꼬아지는 상태에 기준을 두고 선명했지만, 관점을 달리해서 실을 구성하는 섬유의 상태에 한해서도 설명할 수 있습니다. 이와 같은 경우는 소모사와 방모사, 정소면사와 소면사 등을 들 수 있습니다.
방적사의 특성: 정소면사와 소면사 비교 분석
일반적으로 섬유는 실로 변환될 때 한번은 나란히 간추려진 후에 꼬아지는데, 섬유를 나란하게 간추리는 방법은 섬유다발의 한쪽을 빗질하는 방법을 택합니다. 이와같은 공정을 코우밍공정이라고 하고, 소모사의 경우는 모두가 코우밍공정을 거치지만, 면사의 경우에는 그렇지 않다. 면사를 만들 때에는 대부분 정소면공정을 거치는데, 정소면공정은 면방적에서는 정소면공정에 해당합니다.
이와같은 공정을 거친 모사를 소모사라고 하며, 소모사를 구성하는 섬유는 나란히 간추려진 상태에서 꼬임을 받았기 때문에 소모사의 표면은 매끄럽고 잔털이 적습니다. 반면에 방모사는 실을 구성하는 섬유가 나란히 간추려지지 않은 상태에서 꼬아져서 실로 되었기 때문에 잔털이 많고 세사로 될 수가 없습니다. 방모사를 만드는 공정은 정소모공정이 없습니다.
정소면사와 소면사의 주요 차이점
| 구분 | 정소면사(Combed Yarn) | 소면사(Carded Yarn) |
|---|---|---|
| 제조 공정 | 코우밍(Combing) 공정 포함 | 카딩(Carding) 공정만 거침 |
| 섬유 배열 | 섬유가 나란히 정렬되어 평행도가 높음 | 섬유가 불규칙하게 배열됨 |
| 표면 특성 | 매끄럽고 광택이 있으며 잔털이 적음 | 거칠고 잔털이 많음 |
| 강도 | 높은 강도와 균일성 | 상대적으로 낮은 강도 |
| 용도 | 고급 셔츠, 드레스, 침구류 | 일반 티셔츠, 타월, 캐주얼 의류 |
| 가격 | 비교적 고가 | 경제적인 가격 |
한편 모사를 만들 때에는 대부분 정소모공정을 거치는데, 정소모공정은 면방적에서는 정소면공정에 해당합니다. 이와 같은 공정을 거친 모사를 소모사라고 하며, 소모사를 구성하는 섬유는 나란히 간추려진 상태에서 꼬임을 받았기 때문에 소모사의 표면은 매끄럽고 잔털이 적습니다.
이상과 같은 실의 꼬임 방향과 단위길이내의 꼬임수 및 실을 구성하는 섬유의 배열상태는 실의 품기와 강력 및 외관에 영향을 줍니다. 그러면 실의 품기와 단위길이내의 꼬임수와의 관계는 어떠한가를 알아보기로 합니다.
실의 번수 이해하기: 굵기를 표현하는 과학적 방법
일반적으로 실의 단면은 원으로 가정할 수 있으나 실을 길이 방향으로 볼 때에는 위치에서나 같지는 않습니다. 이는 섬유 단면적은 어느 위치에서나 같지는 않다는 뜻입니다. 이런 것은 실을 길이 방향으로 일정 길이씩 끊고 그것의 무게를 달면 그때 그때마다 무게가 틀리기 때문입니다. 이와 같은 현상을 실의 불균제도라고 합니다. 그러므로 실의 품기를 나타내는 정확한 방법은 있을 수 없고, 다만 단위길이당의 무게로 나타내는 도리밖에 없습니다.
그러하여 실의 품기를 나타내는 방법으로서 번수표시 제도를 사용하고, 실의 번수의 기본개념은 단위길이당의 무게라는 뜻이며, 이때 단위길이와 무게의 척도는 실의 종류에 따라서 틀립니다. 그러므로 지금부터는 실의 번수표시법의 일반개념을 설명하고, 그것이 실의 종류에 따라서 어떻게 달라지나를 말한 다음, 각종 번수표시제도간의 환산방법을 설명하기로 합니다.
방적사의 번수 계산법
지금 실의 단위길이내의 꼬임수를 계산하는 데에는 먼저 연계수와 실의 번수를 알아야 합니다. 뒤에서도 설명을 하겠지만 실의 번수는 실의 종류, 예를들면 같은 방적사라도 면사, 소모사, 방모사, 마사 등과 같이 실의 종류에 따라서 틀리게 된다. 그렇지만 연계수는 실의 번수가 정해지면 일정치가 된다. 그리하여 연계수는 실의 좋도별로 정해져 있고, 일반적으로 단위길이 내의 꼬임수가 많으면 연계수가 크고, 적으면 연계수도 적다. 그러므로 메리야스용 원사는 직물용 원사보다 연계수가 약 10% 정도 적다.
방적사의 단위길이내의 꼬임수와 연계수 및 번수와의 관계는 다음과 같습니다:
단위길이내의 꼬임수 = 연계수 × √번수
실제 계산 예시
예 1. 메리야스용 면사의 연계수는 일반적으로 연계수가 3.5 정도입니다.
Ne 25 면사일 때 1in내의 꼬임수는 얼마인가?
3.5 × √25 = 17.5/in
주의: 면사는 영국식 면사번수 표시법을 사용하므로 단위길이당의 꼬임수는 inch 단위로 계산합니다.
예 2. 36Nm 소모사의 연계수가 120입니다. 이 실의 단위길이당의 꼬임수는 얼마인가?
120 × √36 = 720/m
주의: 소모사의 번수는 미터식 번수표시법을 이용하므로, 이당의 꼬임수는 meter 단위를 씁니다.
필라멘트사의 번수: 데니어와 텍스 표시법
필라멘트사의 경우에도 단위길이내의 꼬임수를 계산할 때는 연계수를 알아야 하고 실의 품기를 알아야 합니다. 그렇지만 필라멘트사의 경우에는 방적사와는 달리 실의 품기를 나타내는 데 데니어(denier) 방법을 쓰고 있습니다. 이에 대해서도 뒤에서 자세히 설명하기로 합니다.
필라멘트사의 경우에는 실의 단위길이내의 꼬임수는 연계수를 데니어의 제곱근으로 나누어주면 됩니다. 즉, 실 1 m내의 꼬임수 = 연계수 / √데니어입니다.
이 경우에 데니어방식의 번수표시법은 meter 방식을 기준으로 하기 때문에 단위길이는 1 m로 취합니다. 예를 들어, 160 데니어 필라멘트사의 연계수가 3,800입니다. 1 m내의 꼬임수는 얼마인가?
3,800 / √160 = 300/m
번수 표시법의 종류
실의 번수표시방법을 크게 나누어 보면 방적사의 경우에 사용하는 항중식법과 필라멘트사의 경우에 사용하는 항장식법이 있습니다. 항중식은 실의 품기를 나타내는 척도인 번수의 수치가 커지면 실의 품기도 커지므로 비례법이라고도 합니다.
- 항중식(Indirect System): 단위 무게당 길이로 표시하는 방법입니다. 번수가 클수록 실이 가늘어집니다. 면사, 소모사, 방모사 등 방적사에 주로 사용됩니다.
- 항장식(Direct System): 단위 길이당 무게로 표시하는 방법입니다. 번수가 클수록 실이 굵어집니다. 데니어, 텍스 등 필라멘트사에 주로 사용됩니다.
지금 항중식의 번수를 N이라고 하고 그 실의 길이를 ℓ, 무게를 W라고 하고서 N, ℓ, W 간에는 어떤 관계가 있나를 알아보면 다음과 같습니다:
N = (ℓ/L) × (W/ω)
여기서 L은 번수를 규정짓는데 쓰이는 기본길이이고, W도 번수를 규정짓는데 쓰이는 기본중량입니다. 이러한 L과 W의 값은 실의 종류에 의해서 상위하며, 이들을 나타내 보면 표 7과 같습니다.
번수표시 방법의 실무 적용: 주요 환산법
실의 번수 표시법을 공부한 바에 의하면 실의 번수표시법은 실의 종류에 따라서 여러가지 방법이 있고 복잡하다는것을 알 수 있습니다. 그러므로 이러한 복잡성을 덜기 위하여 Tex식 번수표시법을 제정해 놓고 세계 각국은 이 표시제도를 따르도록 국제표준화의에서는 권장하고 있습니다.
Tex식 번수표시법은 다음과 같습니다: Tex식 번수표시법은 항장식 번수표시법이며, 표준중량은 1g이고 표준길이는 1,000m입니다. 그러므로 항장식의 번수, 길이, 무게의 관계식으로부터 다음과 같은 공식이 성립됩니다:
D = ω/1g × 1,000/ℓ
와 같이 tex가 계산이 됩니다.
번수 계산에 필요한 환산 단위
| 단위 환산 | 값 |
|---|---|
| 1 lb (파운드) | 16 oz = 7,000 grain = 453.6g |
| 1g (그램) | 15,432 grain |
| 1 grain (그레인) | 0.0648g |
| 1 Kg (킬로그램) | 2.204 lbs |
| 1 hank (행크) | 840 yds |
| 1 lea (리) | 120 yds |
| 840 yds (야드) | 768 m |
| 1 yd (야드) | 0.9144 m |
면사의 경우에는 영국식 면번수를 사용하고 있는데, 이 경우에 번수 N과 길이 ℓ 및 무게 ω와의 관계는:
N = (ℓ(yds)/840) × (1(lb)/ω(lbs))
와 같이 된다. 예를들면 20’s 면사의 무게가 400lbs라면 그때의 길이는 다음과 같습니다:
20 = (ℓ/840) × (1/400), ℓ = 6,720,000yds가 된다. 그런데 면사의 경우는 840yds를 1hank라고 하므로, 20’s 면사 400lbs는:
20 × 400 = 6,720,000/840 = 8,000 hank가 됩니다.
이와 마찬가지 방법으로 소모사는 국내에서 Metric 번수를 쓰고 있습니다. 위의 표에서 Metric 번수방법의 경우의 L 값은 L = 1,000 m이고, W 값은 W = 1,000 g이므로:
N = (ℓ(m)/1,000(m)) × (1,000(g)/ω(g))
와 같이 됩니다. 그러므로 36Nm 소모사 15kg의 길이를 계산하면 다음과 같습니다:
36 = (ℓ/1,000) × (1/15), ℓ = 540km
또 방모사에 대해서도 위와 같은 예를 들어 본다면, Yorkshire식의 방모사 번수에서는 L = 256yds이고 W = 1lb이므로, 36’s 방모사 200LBS의 길이는:
36 = (ℓ(yds)/256) × (1/200), ℓ = 1,843,200yds
또 항장식의 번수를 D라고 하면 이 경우에는 D = ω/W × L/ℓ 와 같은 관계가 있다. 항장식의 경우도 L값과 W값은 실의 종류에 따라서 표 7과 같이 정해져 있습니다.
자주 묻는 질문 (FAQ)
Q1. Z꼬임과 S꼬임 중 어느 것이 더 강한가요?
A. Z꼬임과 S꼬임의 강도 자체는 동일합니다. 꼬임 방향은 강도보다는 실의 용도와 후가공 과정에서 중요한 역할을 합니다. 일반적으로 단사(單絲)는 Z꼬임을 사용하고, 이를 다시 합사할 때는 반대 방향인 S꼬임을 주어 실이 풀리지 않도록 합니다. 이를 ‘하연상꼬기(下撚上撚)’라고 하며, 실의 안정성을 높이는 중요한 기술입니다. 직물용 실은 편직용 실보다 약 10% 정도 높은 연계수를 가지며, 이는 제직 과정에서 받는 높은 장력을 견디기 위함입니다.
Q2. 실의 번수가 높으면 항상 고급 제품인가요?
A. 항중식 번수에서는 번수가 높을수록 실이 가늘고 일반적으로 고급 제품에 사용됩니다. 예를 들어 80수 면사는 20수 면사보다 4배 가늘며, 주로 고급 셔츠나 침구류에 사용됩니다. 하지만 용도에 따라 적절한 번수가 다릅니다. 타월에는 낮은 번수의 굵은 실이 흡수력이 좋고, 청바지에는 중간 번수의 튼튼한 실이 적합합니다. 또한 정소면사 공정을 거친 실은 같은 번수라도 소면사보다 품질이 우수하므로, 번수만으로 품질을 판단할 수는 없습니다. 실의 균일성, 강도, 표면 특성 등을 종합적으로 고려해야 합니다.
Q3. 데니어와 텍스는 어떻게 다른가요?
A. 데니어(Denier)와 텍스(Tex)는 모두 항장식 번수 표시법으로, 단위 길이당 무게를 나타냅니다. 데니어는 9,000m당 무게를 그램으로 표시하고, 텍스는 1,000m당 무게를 그램으로 표시합니다. 따라서 Dtex = 0.11 × denier의 관계식이 성립합니다. 예를 들어, 160 데니어는 약 17.6 텍스에 해당합니다. 국제표준화기구(ISO)에서는 텍스를 표준으로 권장하고 있지만, 실무에서는 여전히 데니어도 널리 사용됩니다. 특히 스타킹이나 나일론 제품에서는 데니어 표기가 일반적입니다. 두 단위 모두 숫자가 클수록 실이 굵어지는 것은 동일합니다.
마무리: 실의 번수와 구조, 섬유 품질의 핵심
지금까지 실의 구조, 꼬임 방향, 실의 번수 개념과 계산 방법, 그리고 다양한 번수 표시법까지 자세히 살펴보았습니다. 단순해 보이는 한 가닥의 실 속에 이렇게 많은 과학적 원리와 계산 방법이 숨어 있다는 사실이 놀랍지 않으신가요?
실의 번수는 섬유 제품의 품질을 결정하는 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 같은 원료를 사용하더라도 번수에 따라 제품의 촉감, 무게, 용도가 완전히 달라집니다. 꼬임 방향과 연계수는 실의 강도와 안정성에 직접적인 영향을 미치며, 정소면 공정의 유무는 최종 제품의 고급도를 결정합니다.
현대 섬유 산업에서는 번수 표시법의 국제 표준화를 위해 텍스(Tex) 시스템을 권장하고 있습니다. 이는 서로 다른 번수 표시법 사이의 혼란을 줄이고, 국제 거래를 원활하게 하기 위함입니다. 그러나 여전히 각 지역과 섬유 종류에 따라 전통적인 번수 표시법이 널리 사용되고 있어, 이들 간의 환산 방법을 이해하는 것이 중요합니다.
소비자로서 우리는 제품 라벨에 표시된 실의 번수 정보를 통해 제품의 품질을 어느 정도 예측할 수 있습니다. 고급 드레스 셔츠에는 80수 이상의 고번수 정소면사가 사용되며, 일상복에는 30-40수의 소면사가 적합합니다. 스타킹의 데니어 수치가 낮을수록 얇고 비치며, 높을수록 두껍고 튼튼합니다.
실의 번수와 구조에 대한 이해는 단순히 학문적 지식을 넘어, 현명한 소비와 품질 평가의 기준이 됩니다. 섬유 산업 종사자에게는 제품 설계와 품질 관리의 필수 도구이며, 일반 소비자에게는 가성비 높은 제품을 선택하는 데 도움을 줍니다. 이번 글을 통해 우리 생활 속 섬유 제품에 대한 이해가 깊어지고, 더 현명한 선택을 하는 데 도움이 되기를 바랍니다.